6.2. Методи ідентифікації та виявлення аніонів першої аналітичної групи (co32-, so42-, so32-, s2o32-, po43-, b(oн)4-, SiO32-, f- і ін.)

6.2.1. Загальні реакції аніонів першої групи

Реакції з солями барію та аргентума.

Аніони І групи утворюють з розчинними солями барію та аргентума нерозчинні у воді сполуки. Всі вони білого кольору, за винятком Ag₂SiO₃, Ag₃PO₄ та Ag₃AsO₃, які є жовтого, а Ag₃AsO₄ – шоколадного кольору.

Осади, за винятком BaSO₄, розчиняються в розведених мінеральних кислотах та ацетатній кислоті. Фторид аргентума достатньо розчинний у воді.

Реакції з сульфатною кислотою.

Карбонат-, сульфіт-, тіосульфат- та силікат-іони реагують з H₂SO₄ і утворюють відповідні нестійкі кислоти:

CO₃^2- + H⁺ = H₂CO₃ ,

H₂CO₃ = CO₂↑ + H₂O ;

SO₃^2- + 2H⁺ = H₂SO₃ ,

H₂SO₃ = SO₂↑ + H₂O;

S₂O₃^2- + 2H⁺ = H₂S₂O₃ ,

H₂S₂O₃ = SO₂↑ + S↓ + H₂O;

2SiO₃^2- + 4H⁺ = H₂Si₂O₅ + H₂O,

H₂Si₂O₅ = 2SiO₂↓ + H₂O.

Окисно-відновні властивості.

Серед аніонів І групи окиснювальні властивості виражені у іонів AsO₄^3- та SO₃^2- (слабко), відновні – у іонів SO₃^2-, S₂O₃^2-, AsO₃^3-, C₂O₄^2-. Іони SO₄^2-, PO₄^3-, B(OН)₄^-, SiO₃^2-, F^- – індиферентні, тобто не виявляють ні окиснювальних, ні відновних властивостей.

Водні розчини солей наведених вище аніонів І групи безбарвні.

Нижче наведені методи ідентифікації окремих аніонів І групи, за винятком аніонів AsO₃^3- та AsO₄^3-, які розглядалися в 5.5.4 і 5.5.5.

6.2.2. Методи ідентифікації іона co32-

Дія кислот.

Вуглекислий газ, який утворюється в реакціях іона CO₃^2- з кислотами, реагує з баритовою водою (розчин Ва(ОН)₂), утворюючи білий малорозчинний у воді осад BaCO₃:

CO₂ + Ва(ОН)₂ = BaCO₃↓ + H₂O.

Методика. 5-6 кр. досліджуваного розчину поміщають у одно з колін двоколінної пробірки. В інше коліно наливають 1-2 мл насиченого розчину Ва(ОН)₂. В перше коліно додають декілька крапель 2 М HCl і закривають пробірку корком. За наявності карбонату в досліджуваному розчині баритова вода швидко мутніє. Реакції заважають SO₃^2- та S₂O₃^2--іони, бо SO₂, який утворюється в кислому середовищі дає малорозчинну у воді сіль BaSO₃. Для усунення впливу цих іонів їх попередньо окиснюють, додаючи в коліно з досліджуваним розчином розчин Н₂О₂, KMnO₄ чи K₂Cr₂O₇.

6.2.3. Методи ідентифікації іона so42-

Дія хлориду барію.

Іони SO₄^2- реагують з розчинними солями барію з утворенням нерозчинного в кислотах білого кристалічного осаду BaSO₄.

Методика. В пробірку вносять 2-3 кр. досліджуваного розчину, додають 2 М розчин HCl до кислої реакції та 2-3 кр. 2 М розчину BaCl₂. Про наявність в розчині іонів SO₄^2- свідчить утворення білого кристалічного осаду BaSO₄.

6.2.4. Методи ідентифікації іона so32-

Взаємодія з мінеральними кислотами.

Розведені мінеральні кислоти розкладають сульфіти з виділенням сірчистого газу, який знебарвлює розчини йоду або перманганату калію:

SO₃^2- + 2H⁺ = H₂SO₃ = SO₂↑ + H₂O

Методика. 5-6 крапель досліджуваного розчину поміщають у одно з колін двоколінної пробірки. В інше коліно наливають 1-2мл розведеного розчину I₂ чи KMnO₄. В перше коліно додають декілька крапель 2М HCl і закривають пробірку корком. Якщо іон SO₃^2-присутній в досліджуваному розчині, то розчин у другому коліні пробірки поступово знебарвлюється (реакції див. нижче).

Ідентифікація за відновними властивостями.

Для виявлення SO₃^2--іонів використовують його відновні властивості в реакціях з KMnO₄, K₂Cr₂O₇, I₂, Fe(III) та ін., що спричиняє знебарвлення їх розчинів. Наприклад, відновлення вільного йоду відбувається за реакцією:

SO₃^2- + I₂ + H₂O = SO₄^2- + 2I^- + 2H⁺.

Методика. До 2-3 кр. розчину I₂ додають 2-3 кр. досліджуваного розчину. За наявності іона SO₃^2- розчин йоду знебарвлюється. Підвищення кислотності середовища внаслідок перебігу реакції є додатковим доказом присутності SO₃^2-. Іони S₂O₃^2- та S^2- при відновленні йоду кислот не утворюють.

Відновлення KMnO₄ відбувається в кислому і лужному середовищах.

В кислому середовищі:

5SO₃^2- + 2MnO₄^- + 6Н⁺ = 5SO₄^2- + 2Mn²⁺ + 3H₂O.

В лужному середовищі фіолетове забарвлення розчину KMnO₄ спочатку переходить в зелене (колір MnO₄^2-), а потім розчин буріє (швидко при нагріванні) внаслідок утворення MnO(OH)₂:

SO₃^2- + 2MnO₄^- + 2ОН^-  SO₄^2- + MnO₄^2- + Н₂О,

SO₃^2- + MnO₄^2- + 2H₂O  SO₄^2- + MnO(OH)₂ + 2OH^-.

Виявленню заважають інші відновники – S^2-, S₂O₃^2-, I^-, AsO₃^3-, SCN^-.

Ідентифікація за окисними властивостями.

Іон SO₃^2- – слабкий окисник і відновлюється сильними відновниками до елементної сірки чи H₂S:

SO₃^2- + 2S^2- + 6H⁺ = 3S↓ + 3H₂O,

SO₃^2- + 3Zn + 8H⁺ = H₂S↑ + 3Zn²⁺ + 3H₂O.

Сірководень можна виявити за запахом або почорнінням паперу, змоченого ацетатом плюмбуму:

H₂S + Pb²⁺ + 2CH₃COO^- = PbS↓ + 2CH₃COOH.

Знебарвлення барвників.

Барвники – фуксин, малахітовий зелений та ін., знебарвлю-ються іоном SO₃^2-.

Методика. До 1-2 кр. нейтрального розчину барвника у заглибленні фарфорової пластинки чи на предметному склі додають 1-2 кр. нейтрального досліджуваного розчину. За наявності іона SO₃^2- барвник руйнується і розчин знебарвлюється. Кислі розчини попередньо нейтралізують за допомогою розчину NaHCO₃, а лужні – насиченням розчину вуглекислотою до знебарвлення доданого фенолфталеїну. Виявленню SO₃^2--іона заважають S^2-, SCN^-, CN^-, C₂O₄^2- та ін. іони.

Взаємодія з хлоридом стронцію.

Іон SO₃^2- утворює з іоном Sr²⁺ білий осад, розчинний у розведених кислотах:

SO₃^2- + Sr²⁺ = SrSO₃↓ .

Це застосовується для відокремлення SO₃^2- від S₂O₃^2-, з яким іон Sr²⁺ не утворює важкорозчинної сполуки.

Методика. 2-3 кр. нейтрального досліджуваного розчину змішують з 5-6 кр. розчину SrCl₂ і нагрівають на водяній “бані”. За наявності SO₃^2--іона утворюється білий осад.